長期以來，電極/電解質(zhì)界面不穩(wěn)定、反應(yīng)動力學(xué)緩慢和過渡金屬（TM）溶解等多重問題極大地影響了鈉離子電池正極材料的倍率和循環(huán)性能。

中南大學(xué)張治安等開發(fā)了一種基于蛋白質(zhì)的多功能粘結(jié)劑絲膠蛋白/聚丙烯酸(SP/PAA)，以解決這些問題。

圖1 NMFPP正極和粘結(jié)劑的物理化學(xué)表征

絲膠蛋白(SP)是一種很有前景的生物材料，存在于蠶繭中，可作為天然粘結(jié)劑將絲心蛋白纖維粘合在一起。具有豐富極性側(cè)基（氨基、羧基、羥基等）的多肽骨架賦予絲膠蛋白良好的水溶性和親水性，同時(shí)，這些不同的官能團(tuán)和氨基酸單元中側(cè)鏈的殘基可能賦予SP多功能。

此外，據(jù)報(bào)道，SP在電子/電化學(xué)設(shè)備中表現(xiàn)出良好的抗氧化性，使其成為電化學(xué)穩(wěn)定的粘結(jié)劑候選者。因此，基于SP的這些突出特性，作者設(shè)計(jì)了一種由H鍵互連的絲膠蛋白（SP）和聚丙烯酸（PAA）組成的SP基水溶性多功能粘結(jié)劑。

圖2 電化學(xué)性能

研究顯示，由于側(cè)鏈具有豐富的極性基團(tuán)和表面親水性，SP/PAA粘結(jié)劑可以均勻地覆蓋在NMFPP表面。DFT 計(jì)算表明，SP/PAA粘結(jié)劑與高壓Na₄Mn₂Fe(PO₄)₂P₂O₇ (NMFPP)正極材料之間的相互作用力遠(yuǎn)強(qiáng)于PVDF，這賦予了SP/PAA基電極在循環(huán)中的良好結(jié)構(gòu)完整性。

此外，作者發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)和ClO₄– 陰離子基團(tuán)之間的相互作用提供了額外的鈉擴(kuò)散路徑，并降低了能壘，從而提高了離子電導(dǎo)率以實(shí)現(xiàn)快速鈉遷移。另外，均勻涂覆的粘結(jié)劑膜作為堅(jiān)固的人造界面，有助于穩(wěn)定正極電解質(zhì)界面，并保護(hù)NMFPP正極免受電解液腐蝕和錳溶解?？傊?，這種多功能的蛋白質(zhì)基粘結(jié)劑為提高電池電極材料的電化學(xué)性能提供了新的機(jī)會。

圖3 電極的完整性

Robust Artificial Interphases Constructed by a Versatile Protein-Based Binder for High-Voltage Na-Ion Battery Cathodes. Advanced Materials 2022. DOI: 10.1002/adma.202202624